Objekt identifiziert!

Die robotergestützte Behälter-Depalletierung oder Teileentnahme aus Behältern sind die aktuell am meisten gefragten Anwendungen in der Industrie. Ziel: Produktionsabläufe sind zu automatisieren, Kapazitäten zu steigern und Kosten zu senken. Aber: Die technologische Herausforderung ist groß, denn beim Griff in die Kiste herrschen komplexe Randbedingungen.

Im anspruchsvollsten Fall muss das Bildverarbeitungssystem ein (zuvor) unbekanntes Lageschema erkennen, um anschließend einen unbekannten Teiletyp identifizieren zu können. Anhand ausgewählter Industrieapplikationen sei hier ein systematischer Lösungsansatz von VMT Bildverarbeitungssysteme aus Mannheim beschrieben. Kernpunkt dieses Ansatzes ist eine Systemplattform, die einerseits eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Sensortechnologie garantiert und andererseits den Kunden Lösungen aus „einem Guss“ bereitstellt – das bewirkt deutliche Kostenvorteile in den Bereichen Personalqualifizierung und Ersatzteilhaltung.

Der technische Schwerpunkt liegt auf den Applikationen: automatische Depalettierung, Palettierung und Teileentnahme aus Transportbehältern unter Zuhilfenahme von Handlinggeräten; unter einem Handlinggerät ist das Zusammenspiel von Achsensystemen oder Robotern mit Greifern zu verstehen. Die eigentliche Aufgabe besteht darin, die zu handelnden Teile positionsgenau einer Bearbeitungsstation zuzuführen oder auf einem Werkstückträger oder einem Transportband abzulegen. Die erforderliche Genauigkeit der Positionierung des Greifers am Werkstück ist abhängig von der jeweiligen Aufgabenstellung. Charakteristisch für jede dieser Problemstellungen ist, dass jede Aufgabenklasse ein spezielles Know-how auf unterschiedlichen Gebieten der Messtechnik erfordert – etwa Optik, Beleuchtung, Sensorik, Algorithmik. Außerdem sind anlagenseitige, aufgabenspezifische Themen zu berücksichtigen: Greifertechnik, Crashvermeidung/Kollisionsschutz, Greifbarkeitsanalyse, Behälterkontrolle, Taktzeit, Schnittstellenanbindung. Wichtig für den praxisnahen Einsatz sind auch Instandhaltungsaspekte: schneller und einfacher Sensortausch im Störfall, Neukalibrierung und Neueinrichtung, Nachvollziehbarkeit, Fehleranalysemöglichkeiten, Prozessdokumentation, Systemhandhabung, Verfügbarkeit/Vermeidung von Pseudofehlern.

Wirklich komplex und schwierig wird eine automatisierte Lösung dann, wenn Lageschema oder Teiletyp unbekannt sind – oder gar beides. Aufgabe des Sensorsystems ist es dann, die 3D-Lage der zu handelnden Teile und der Ablageposition mit der erforderlichen Genauigkeit und Geschwindigkeit zu ermitteln. Dazu gehören die Berechnung und Übertragung von Positionskorrekturdaten an das Handlinggerät. Dank der rasanten Entwicklung auf dem Gebiet der Sensorik steht gegenwärtig eine Vielzahl leistungsfähiger Sensortechnologien zur Verfügung: klassische Grauwert- und Farbkameras, Triangulationssensoren, Time Of Flight – Sensoren (TOF). Darüber hinaus sind dank der hoch leistungsfähigen Hardware dem Einsatz rechenintensiver Algorithmen und der Umsetzung von komplexen mathematischen Ansätzen kaum mehr Grenzen gesetzt.

Bisherige Systeme fokussieren die Lösung einzelner Aufgabenklassen. Ändern sich die Aufgabenstellungen oder auch nur die Randbedingungen – zum Beispiel Fremdlicht, neue Transportbehälter, verändertes Teilespektrum etwa bei Geometrie oder Farbe – sind in den meisten Fällen umfangreiche Eingriffe, Änderungen und Erweiterungen notwendig, um das auf eine Aufgabenstellung spezialisierte Sensorsystem an die neue anzupassen. Die Systemphilosophie von VMT beinhaltet einen modularen Ansatz, der einerseits auf industrietaugliche Funktionalitäten bisheriger Systemlösungen des Unternehmens aufsetzt und andererseits dank offener Systemarchitektur neue Applikation einbinden kann. Ein weiterer, wichtiger Bestandteil der einheitlichen Plattform ist die durchgängige Verwendung möglichst weniger, aber ausgewählter und bewährter Hardware-Komponenten namhafter Hersteller. Das vermeidet Kompatibilitätsprobleme bei nachträglichen Anlagenanpassungen.

Zur Lösung unterschiedlichster Aufgabenstellungen hat VMT Multisensorsysteme mit einer Vielzahl von leistungsfähigen Funktionalitäten entwickelt. Darüber hinaus muss das System für den Kunden transparent und bedienbar bleiben. Es werden zwei grundlegend unterschiedliche Fälle für die Formulierung von Erkennungsmodellen betrachtet: Im ersten Fall ist das zu greifende Teil bekannt. Das Erkennungsmodell ist eine Modellierung des Teils, auch Objekt genannt. Das Modell ist eine mathematische Beschreibung von Objektgeometrie und Objekteigenschaften, zum Beispiel der Farbe. Eine Beispielapplikation ist die Entnahme von Türscharnieren: Aus einem KLT werden Türscharniere mittels eines sensorgeführten Roboters (TOF-Sensor an Linearachse oder Roboterhand) entnommen.

Im zweiten Fall ist das zu greifende Teil nicht bekannt. Hier beschreibt das Erkennungsmodell Eigenschaften eines Objektes, zum Beispiel: „Das Teil enthält Flächen einer Mindestgröße“, an die ein Sauggreifer ansetzen kann oder „das Objekt ist rund, hat in der Mitte ein Loch“, in welches ein Spreizgreifer einfahren kann.

Um Lösungen für den industriellen Einsatz zu qualifizieren, werden noch eine Reihe wichtiger Basisfunktionen zur Verfügung gestellt. Dazu gehören unter anderem die Greifbarkeitsanalyse, die „Behälter Leer-Kontrolle“, eine Kollisionsüberwachung, die Kontrolle der Behälter auf Beschädigungen und Bestimmung der Behälter- und/oder der Ablagepositionen sowie automatische Kalibrierfunktionen. Oft werden vom Sensorsystem auch weitere Aufgaben aus den Bereichen Typerkennung, Inspektion, Lesen (Klarschrift, Bar-/Matrixcode) übernommen. Die Integration dieser Aufgaben in ein VMT-System ist aufgrund der einheitlichen Systemplattform sehr einfach möglich. PR/pb